大掛載水下航行器操縱性能分析及雙體干擾研究.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、隨著海洋開發(fā)和研究的不斷深入,作為海洋領(lǐng)域的特種作業(yè)平臺(tái),小型水下航行器將承擔(dān)更多的水下任務(wù)。小型水下航行器在執(zhí)行某些特定任務(wù)時(shí),需攜帶大尺度掛載在海洋環(huán)境中進(jìn)行機(jī)動(dòng)航行,而其在水下長時(shí)間工作時(shí),需要被水下空間站或水下搭載平臺(tái)回收以補(bǔ)充能量和交換數(shù)據(jù),在回收過程中將處于水下空間站或搭載平臺(tái)復(fù)雜的擾流場(chǎng)中。在復(fù)雜的工作環(huán)境中,需要了解小型水下航行器攜帶特定掛載及其在擾流流場(chǎng)中的水動(dòng)力性能和操縱性能以有效地控制自身的航行狀態(tài)和保持自身的作業(yè)

2、姿態(tài)。本文采用 CFD數(shù)值方法、試驗(yàn)方法及計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真方法研究了小型水下航行器攜帶和不帶大尺度掛載兩種情況下的水動(dòng)力性能及操縱性能,數(shù)值計(jì)算了其靠近潛艇過程中的水動(dòng)力干擾特性,主要研究內(nèi)容如下:
  一、基于 CFD技術(shù),結(jié)合多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格及模塊化網(wǎng)格技術(shù),預(yù)報(bào)了攜帶和不帶大尺度掛載兩種情況下的小型水下航行器水動(dòng)力性能,包括阻力性能、推力性能、艇槳干擾性能、艇翼干擾性能、操縱性水動(dòng)力性能以及近水面水動(dòng)力性能,部分水動(dòng)力性能與試驗(yàn)

3、結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。
  二、在循環(huán)水槽和綜合深水池,對(duì)攜帶和不帶大尺度掛載兩種情況下的小型水下航行器進(jìn)行了操縱性試驗(yàn),包括約束艇模試驗(yàn)和實(shí)艇試驗(yàn)。預(yù)報(bào)和評(píng)估了小型水下航行器的水動(dòng)力性能及操縱性能,同時(shí)驗(yàn)證了CFD數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真方法的適用性和準(zhǔn)確性。
  三、建立了小型水下航行器空間運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,分析了小型水下航行器所受到的水動(dòng)力,結(jié)合水動(dòng)力試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算結(jié)果,構(gòu)建了小型水下航行器運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)。對(duì)攜帶和不帶大尺

4、度掛載兩種情況下的小型水下航行器進(jìn)行了操縱性運(yùn)動(dòng)仿真,比較分析了兩種情況下小型水下航行器的機(jī)動(dòng)性能,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。同時(shí),根據(jù)水動(dòng)力系數(shù)分析了小型水下航行器的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。
  四、采用求解RANS方程方法數(shù)值模擬了潛艇周圍繞流流場(chǎng),在此基礎(chǔ)上,假定了小型水下航行器若干回收位置。結(jié)合不匹配網(wǎng)格劃分技術(shù)數(shù)值模擬了二維和三維小型水下航行器靠近潛艇過程中的水動(dòng)力干擾性能,分析了不同相對(duì)位置下小型水下航行器處于潛艇擾流流場(chǎng)中的水

5、動(dòng)力特性,使用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小型水下航行器在給定路徑下靠近潛艇過程中擾動(dòng)水動(dòng)力性能的數(shù)值預(yù)報(bào)。
  研究結(jié)果表明:小型水下航行器在攜帶和不帶大尺度掛載兩種情況下均具有較好的操縱性能;數(shù)值計(jì)算方法在預(yù)報(bào)小型水下航行器水動(dòng)力性能方面具有一定的精度與可行性;計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真方法可較準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)小型水下航行器操縱性能;數(shù)值計(jì)算方法較合理地解決了小型水下航行器與潛艇水動(dòng)力干擾問題。研究結(jié)果可為小型水下航行器的運(yùn)動(dòng)控制提供理論分析依據(jù),以便制定

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